МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ

МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

ІНЖЕНЕРНА ГІДРАВЛІКА

РОЗДІЛ I: «Рух рідини в закритих руслах»

(Конспект лекцій для студентів 3 курсу денної і заочної форм навчання, екстернів і іноземних студентів спеціальності 6.092600 – «Водопостачання та водовідведення»)

Харків – ХНАМГ – 2007

Інженерна гідравліка. Розділ I. Рух рідини в закритих руслах. (Конспект лекцій для студентів 3 курсів денної і заочної форм навчання, екстернів і іноземних студентів спеціальності 6.092600 – «Водопостачання та водовідведення»)./Укл.: Коваленко О.М., Шевченко Т.О. – Харків: ХНАМГ, 2007. - 76 с.

Автори: О.М. Коваленко,

Т.О. Шевченко

Рецензент: докт. техн. наук, проф. С.С. Душкін

Рекомендовано кафедрою водопостачання, водовідведення та очистки вод, протокол № 3 від 5.12.2006 р.

ВСТУП

Конспект лекцій написаний відповідно до програми курсу «Інженерна гідравліка» і навчального плану для студентів денної і заочної форм навчання, екстернів й іноземних студентів спеціальності 7.092601 «Водопостачання та водовідведення». В конспекті наведені теоретичні основи і основні поняття курсу «Інженерна гідравліка», гідравлічний розрахунок трубопроводів і водопровідних мереж. При цьому приділено увагу розрахунку трубопроводів, які призначені для різних цілей водопостачання, наприклад: розрахунок сифонного трубопроводу, всмоктуючого трубопроводу насосу, самопливного трубопроводу, а також розрахунок паралельного та послідовного з’єднання трубопроводів.

Також в конспекті розглянуті питання виникнення гідравлічних опорів, поняття гідравлічного удару, витікання рідини через отвори та насадки, вільні гідравлічні струмені.

Конспект лекцій призначений для студентів 3 курсів вищих навчальних закладів, які готують спеціалістів в галузі водопостачання, каналізації, раціонального використання і охорони водних ресурсів.

Тема 1. Основні поняття і визначення курсу «інженерна гідравліка»

Гідравліка - це наука, яка вивчає закони рівноваги і руху рідини, а також взаємодію між рідиною і твердими тілами в стані спокою і щодо їх руху. Крім того, в Інженерній гідравліці розробляються способи застосування цих законів до конкретних питань інженерної справи.

Рішення задач в галузі водопостачання і водовідведення ґрунтується на законах гідравліки. До цих завдань відносяться завдання, пов'язані із загальними питаннями подачі і розподілу води, методами розрахунку мереж, водопропускних і водорозбірних споруд.

Найголовніші завдання інженерної гідравліки:

- встановлення законів розподілу швидкостей і тиску під час руху рідини;

- вивчення взаємодії між рідиною і твердими тілами, розміщеними в ній.

Причому в інженерній гідравліці в більшості випадків вважають достатньою інформацію щодо усереднених значень швидкості і тиску.

Потоком рідини в гідравліці називають масу рідини, обмежену твердими поверхнями, направляючими, поверхнями розділу рідин або вільними поверхнями.

Рух рідини може бути напірним і безнапірним.

Безнапірний або вільний рух потоку - це такий рух, при якому потік по довжині обмежується лише частиною з жорсткими стінками і має вільну поверхню, причому рух рідини відбувається під дією сили тяжіння. При безнапірному русі на поверхні рідини тиск рівний атмосферному.

Напірний рух потоку - це такий рух, який здійснюється в обмеженому з усіх боків (по довжині) жорсткими стінками просторі під впливом тиску, що створюється водонапірним резервуаром або насосом. При напірному русі потік завжди повністю заповнює поперечний переріз труби.

Живий переріз потоку - поперечний переріз потоку, проведений нормально за напрямом руху (ω).

Змочений периметр - довжина лінії, за якою рідина в живому перерізі стикається з твердими поверхнями, що обмежують потік.

При напірних потоках довжина змоченого периметра (χ) рівна довжині всього периметра перерізу, а в безнапірних потоках змочений периметр складає деяку частину повного периметра.

Гідравлічний радіус - відношення площі живого перерізу до змоченого периметра в цьому перерізі.

. (1.1)

У напірному потоці для круглого перерізу:

. (1.2)

Витрата рідини - об'ємна кількість рідини, що протікає через даний поперечний переріз потоку в одиницю часу.

Середня швидкість - однакова для всіх точок перерізу уявна швидкість, при якій через живий переріз проходить та же витрата, що і при дійсних місцевих швидкостях в різних точках перерізу.

. (1.3)

Якщо швидкість в кожній точці поперечного перерізу потоку рідини з часом залишається незмінною як за величиною, так і за напрямом, а також тиск в даній крапці з часом не змінюється, то такий рух називають сталим. При такому русі швидкість і тиск в потоці залежать тільки від координат точки в просторі. Наприклад, рух води в каналі або річці при постійному рівні води і витікання рідини з отвору або крана при постійному натиску.

Якщо швидкість і тиск в кожній даній точці потоку рідини з часом змінюються, то такий рух називають несталим. У цьому випадку швидкість і тиск окрім координат точки залежать ще від часу. Наприклад, рух води в річці при зміні рівня води, витікання через отвір в резервуарі при змінному натиску.

За характером зміни поля швидкостей за координатами сталий рух розподіляється на:

Рівномірний - рух рідини, при якому живі перерізи потоку однакові по всій його довжині і при цьому швидкості потоку у відповідних точках всіх живих перерізів також однакові.

Приклад: рух потоку в каналі з постійною формою живого перерізу і постійною глибиною або рух рідини в циліндровій трубі.

Рух потоку, при якому по довжині потоку змінюється живий переріз або при постійному перерізі змінюється розподіл швидкостей у відповідних точках різних живих перерізів, називається нерівномірним.

Приклад: рух води в річці на ділянці перед дамбою, тобто по довжині потоку в напрямі його руху живий переріз і його глибини збільшуються, а швидкості убувають; рух води в річці на її звуженні або розширенні.

Потік рідини, в якому відсутні як порожнечі (розриви суцільності перерізу), так і переущільнення неможливі в однорідній рідині, називають суцільним (нерозривним).

Рівняння нерозривності потоку:

U₁ω₁ = U₂ω₂ = … = U_nω_n= const = Q, (1.4)

де U₁, U₂, U_n - швидкості в живих перерізах елементарної цівки нев'язкої рідини, у ряді випадків рівні середнім швидкостям в перерізах потоку (V);

ω₁, ω₂, ω_n - площі живих перерізів;

Q - витрата.